【基于單片機(jī)的智能窗簾設(shè)計(jì)5500字（論文）】

緒論1.1課題背景及意義智能家居是我們新世紀(jì)的一個(gè)集溫馨和便利的家居生活環(huán)境。與一般家居生活相比教，智能家居生活已經(jīng)不再是單單滿足于提供一個(gè)日常起居的生活日常，更多的是滿足便利的生活所需，還提供了更多信息和互動(dòng)功能[1]。很長一段時(shí)間以來，簡單的生活空間已不符合我們對當(dāng)下的生活空間的要求，一個(gè)更智能、方便和舒適的居家環(huán)境才是我們所需要的。1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀在當(dāng)前的社會，智能窗簾廣泛在國外使用，而我國在這個(gè)方面的發(fā)展稍微晚一點(diǎn)。隨伴隨著當(dāng)今社會的進(jìn)步以及人們追求更高精神層次的生活，智能家居的發(fā)展越來越快需求也越來越大。伴隨著更多的智能家居來到我們的身邊，人們對智能窗簾的認(rèn)識也不再像是以前那樣無法接受，反而伴隨著更多的了解，更多的用戶選擇了智能窗簾[2]。目前，國外智能窗簾產(chǎn)品在國內(nèi)市場上的存在并不多。其次在轉(zhuǎn)型時(shí)期，智能窗簾企業(yè)在前一階段的迅猛增長和激烈競爭，在2005年后的智能窗簾行業(yè)產(chǎn)生了非常負(fù)面的影響：這包括過分夸大功能智能窗簾沒有達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，只是廠商開發(fā)人員，但忽視了人員的培訓(xùn)和支持，這使得難于管理人員、商品價(jià)格動(dòng)蕩導(dǎo)致較高的用戶投訴。智能窗簾的快速增長表明，智能窗簾行業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)從停滯到融合和發(fā)展的新的轉(zhuǎn)折階段。1.3設(shè)計(jì)思想及基本功能智能窗簾的開啟與關(guān)閉我們可以通過按鍵實(shí)時(shí)控制智能窗簾。我設(shè)計(jì)的智能窗簾除了這個(gè)必備功能之外，還考慮了根據(jù)日出日落情況自動(dòng)判斷是否需要打開或者關(guān)閉窗簾。我們還考慮到了更多的用戶需要個(gè)性化的窗簾打開或者關(guān)閉時(shí)間，于是我們還增加了用戶設(shè)定時(shí)間的自動(dòng)控制功能。本設(shè)計(jì)在選用元器件材和設(shè)計(jì)方案上，選用簡單的方案，耐用的器件，簡化設(shè)計(jì)。最大程度的是滿足設(shè)計(jì)需求。1.3.1手動(dòng)控制用戶隨時(shí)依據(jù)需要能夠隨時(shí)通過按鍵打開或者關(guān)閉窗簾。達(dá)到隨心所欲的要求。1.3.2光照自動(dòng)控制用戶依據(jù)日常起居規(guī)律而自行設(shè)定的系統(tǒng)對于不同光照強(qiáng)度去打開窗簾或者關(guān)閉窗簾。1.3.3時(shí)間控制時(shí)間控制功能是用戶根據(jù)個(gè)人的作息規(guī)律去進(jìn)行預(yù)設(shè)系統(tǒng)打開或者關(guān)閉窗簾的時(shí)間，系統(tǒng)會在指定時(shí)間將窗簾打開或者關(guān)閉。2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)要求一、靈活使用C語言，掌握單片機(jī)的各個(gè)接口；二、熟悉電路圖的繪制，以及設(shè)計(jì)的仿真方法；三、能夠搭建出設(shè)計(jì)所需最小系統(tǒng)；四、掌握智能窗簾的方案選擇與方案實(shí)施[3]。2.2方案選擇和論證2.2.1單片機(jī)的選擇方案一：DSP。它的優(yōu)點(diǎn)有溫度和環(huán)境干擾小、易于集成等優(yōu)點(diǎn)[4]。但是，電路復(fù)雜以及成本高也是DSP不可忽略的問題。。

方案二：單片機(jī)。它的優(yōu)點(diǎn)有可靠性強(qiáng)、性價(jià)比高、易上手、操作簡單等。運(yùn)算功能強(qiáng)、工程軟件多、工程文件實(shí)現(xiàn)功能多都是單片機(jī)優(yōu)點(diǎn)[5]。經(jīng)過以上思考，我們選用單片機(jī)，單片機(jī)工作穩(wěn)定、可操作性強(qiáng)和性價(jià)比高。2.2.2顯示方案的選擇方案一：點(diǎn)陣式數(shù)碼管。它大都使用在顯示大字體的公告以及通知上，如果本設(shè)計(jì)選用它作為顯示器件，就過于多余,不適合本設(shè)計(jì)需要。所以舍棄點(diǎn)陣數(shù)碼管[6]。方案二：LCD液晶顯示屏。優(yōu)點(diǎn)就是顯示性能強(qiáng)大、價(jià)格實(shí)惠、清晰可見。這些優(yōu)點(diǎn)對于本設(shè)計(jì)最適合不過[7]。經(jīng)過以上思考，決定選擇液晶顯示屏，因?yàn)樗娘@示性能更好且性價(jià)比更高。2.2.3電機(jī)的選擇方案一：直流電機(jī)。使用直流電機(jī)作為本設(shè)計(jì)的動(dòng)力選擇，以此帶動(dòng)窗簾運(yùn)動(dòng)。直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)之一有高轉(zhuǎn)速，經(jīng)過這一優(yōu)點(diǎn)可以快速的打開或者關(guān)閉窗簾。同時(shí)高轉(zhuǎn)速帶來的缺點(diǎn)也是不可忽視的，當(dāng)我們想讓讓直流電機(jī)停止工作，直流電機(jī)由于慣性不能立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)，會繼續(xù)帶動(dòng)窗簾運(yùn)動(dòng)，這一缺點(diǎn)會導(dǎo)致窗簾系統(tǒng)受損；如果我們通過系統(tǒng)舍棄電機(jī)的高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速，通過系統(tǒng)去降低它的轉(zhuǎn)速。這時(shí)又可能會出現(xiàn)無法克服運(yùn)動(dòng)阻力，窗簾無法正常運(yùn)行[8]。方案二：步進(jìn)電機(jī)。使用步進(jìn)電機(jī)作為本設(shè)計(jì)的動(dòng)力選擇。步進(jìn)電機(jī)可以在收到系統(tǒng)給定的停轉(zhuǎn)命令后立即停止轉(zhuǎn)動(dòng)，窗簾也會跟隨停止運(yùn)動(dòng)。從而使我們的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)完美運(yùn)行。步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)相比，扭矩會更大，更容易使窗簾按照系統(tǒng)設(shè)定運(yùn)動(dòng)[8]。經(jīng)過以上思考，我們選用步進(jìn)電機(jī)，就可以做到更加精確的控制窗簾的運(yùn)動(dòng)。3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1整體方案設(shè)計(jì)3.1.1系統(tǒng)概述本次設(shè)計(jì)是在單片機(jī)的基礎(chǔ)上加以其他必要器件。這時(shí)，我們就可以搭建設(shè)計(jì)所需的最小系統(tǒng)。然后我們增加其他模塊如光照模塊，電機(jī)模塊等。最后進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真，焊接實(shí)物，達(dá)到實(shí)驗(yàn)所需要求。本次設(shè)計(jì)所需器件有：1602液晶的顯示設(shè)備?？刂颇Ｊ?、光照強(qiáng)度、時(shí)間等基本信息都通過1602液晶顯示；光照強(qiáng)度電路是經(jīng)過光敏電阻接受光信號，然后傳達(dá)給單片機(jī)，最后講接收到的光信息在液晶上顯示；步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)就代表了窗簾的運(yùn)動(dòng)；用五個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)基本的操作，通過這五個(gè)按鍵我們就可以對系統(tǒng)時(shí)間、控制模式、光照閾值、設(shè)定時(shí)間進(jìn)行更改預(yù)設(shè)；至于供電環(huán)節(jié)，選用獨(dú)立5V電源。3.1.2系統(tǒng)框圖單片機(jī)單片機(jī)按鍵電源步進(jìn)電機(jī)感光指示燈液晶顯示圖3-1系統(tǒng)框圖3.2最小系統(tǒng)模塊3.2.1STC89C52簡介3.2.1.1概述STC89C52是耗能小、性能好的CMOS8位微控制器[9]。3.2.1.28051單片機(jī)的引腳MCS-51系列單片機(jī)都是40個(gè)引腳，引腳豐富，功能強(qiáng)大，其外部引腳排列如圖3-2所示。圖3-2STC89C52引腳圖3.2.2最小系統(tǒng)電路本設(shè)計(jì)是單片機(jī)的最小系統(tǒng)去圍繞展開的。如圖3-3所示，由復(fù)位、晶振、電源三個(gè)部分組成設(shè)計(jì)所需最小系統(tǒng)[10]。復(fù)位電路在這里的作用是重啟系統(tǒng)，是為了防止我們系統(tǒng)出問題的時(shí)候帶來的問題。當(dāng)我們系統(tǒng)出錯(cuò)的時(shí)候我們就可以使用復(fù)位按鈕，從頭再來。晶振電路構(gòu)成是由電容和晶振構(gòu)成。使此處電容存在的意義是為了幫助晶振更快的起振。電源部分采用5V的USB直接供電，選擇多樣，更加便捷。圖3-3單片機(jī)的最小系統(tǒng)3.3液晶顯示電路3.3.11602液晶簡介1602液晶顯示器優(yōu)點(diǎn)眾多，重量輕、耗能小、顯示字符簡單、控制容易、成本低。液晶顯示主要技術(shù)參數(shù)：最多可以顯示32個(gè)字符，工作電壓在4.5v到5.5v之間，最佳為5v，工作電流在5v的環(huán)境下為2.0mA，字符尺寸為2.95×4.35（W×H）mm3.3.2液晶引腳說明液晶的各個(gè)引腳說明如表3-1所示：表3-11602液晶引腳說明名稱說明名稱說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負(fù)極3.4光照強(qiáng)度采集電路3.4.1光敏電阻光明電阻的原理是半導(dǎo)體的光電效應(yīng)。光敏電阻本身并沒有正負(fù)極之分，是一個(gè)構(gòu)造十分簡單的器件。它的阻值會受到入射光的影響而改變，一般情況下，入射光倘若增強(qiáng)的話，它的電導(dǎo)率會跟著變大，也就是說它的阻值會對應(yīng)變?。环粗?，阻值受到影響會變大[11]。3.4.2光照強(qiáng)度采集電路該設(shè)計(jì)有隨著光照強(qiáng)度改變自動(dòng)控制窗簾閉合的功能，需要收集外界光照情況。通過光敏電阻收集光照信息。最后經(jīng)過ADC0832的處理將數(shù)據(jù)傳遞到單片機(jī)中。如圖3-10所示：圖3-4光照采集電路3.5電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊步進(jìn)電機(jī)能夠?qū)⒚}沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰啤ＭǔＧ闆r下，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及停止的位置是可以通過系統(tǒng)進(jìn)行很精確的控制。而且步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)情況僅和系統(tǒng)給出的脈沖信號的頻率有關(guān)，與其他因素?zé)o關(guān)。本設(shè)計(jì)中的單片機(jī)輸出的電流不能直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，所以將ULN2003芯片作為驅(qū)動(dòng)芯片來控制步進(jìn)電機(jī)。圖3-5電機(jī)驅(qū)動(dòng)3.6按鍵輸入模塊由于本設(shè)計(jì)中存在模式的切換等其它一些功能，因此需要用到按鍵來提供給操作者使用。獨(dú)立鍵盤及矩陣鍵盤是我們常見的單片機(jī)鍵盤解決方案。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)對按鍵上輸入模塊需求低，不需要過高的要求，所以本實(shí)驗(yàn)我們采用的是獨(dú)立鍵盤[12]。為了滿足設(shè)計(jì)需要，本設(shè)計(jì)使用“模式選擇”、“閾值調(diào)整”、“時(shí)間預(yù)設(shè)”、“減”、“加”這五個(gè)按鍵。按鍵的連接圖3-6所示：圖3-6按鍵電路3.7原理圖本設(shè)計(jì)整個(gè)硬件電路如圖3-7所示，在單片機(jī)的基礎(chǔ)上加以時(shí)間模塊、定時(shí)模塊、光敏電路模塊和步進(jìn)電機(jī)模塊。并將整個(gè)電路在專業(yè)軟件中構(gòu)造出來，進(jìn)行模擬仿真。對于原理圖的構(gòu)建，首先我們應(yīng)當(dāng)將各個(gè)模塊所涉及到的元器件加到我們新建工程中，然后合理規(guī)劃布局，連線。最后寫入hex文件，進(jìn)行模擬仿真。圖3-7原理圖

4軟件設(shè)計(jì)4.1程序語言及開發(fā)環(huán)境C語言是一種高級計(jì)算機(jī)編程語言。它很廣泛應(yīng)用于各類研究中，且擁有大數(shù)據(jù)處理能力，對于任何類型的科學(xué)研究需要都有很大作用。4.2程序流程圖設(shè)計(jì)4.2.1總體程序流程圖設(shè)計(jì)主函數(shù)流程圖如圖4-1所示。先讀取時(shí)鐘芯片的時(shí)間內(nèi)容，而后在液晶顯示出來時(shí)間數(shù)據(jù)。如果按下按鈕，系統(tǒng)將根據(jù)不同的按鈕進(jìn)行不同的數(shù)據(jù)處理。在手動(dòng)模式下，通過按鍵發(fā)出指令，系統(tǒng)會打開或者關(guān)閉窗簾；在時(shí)間模式下，窗簾按照我們設(shè)定的時(shí)間進(jìn)行控制；光控模式下，系統(tǒng)依據(jù)當(dāng)前的光照，根據(jù)系統(tǒng)預(yù)設(shè)的光照值，光照強(qiáng)度大于預(yù)設(shè)值就會打開窗簾，反之關(guān)閉[13]。程序開始開始程序開始開始顯示初始化顯示初始化時(shí)鐘初始化時(shí)鐘初始化時(shí)間信息讀取與顯示時(shí)間信息讀取與顯示光照信息讀取與顯示光照信息讀取與顯示按鍵掃描與處理按鍵掃描與處理定時(shí)光控手動(dòng)定時(shí)光控手動(dòng)光線高于設(shè)定閾值則開啟，否則關(guān)閉根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置的時(shí)間來控制窗簾按鍵關(guān)按下則關(guān)閉窗簾，按鍵開按下則開啟窗簾光線高于設(shè)定閾值則開啟，否則關(guān)閉根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置的時(shí)間來控制窗簾按鍵關(guān)按下則關(guān)閉窗簾，按鍵開按下則開啟窗簾延時(shí)延時(shí)結(jié)束結(jié)束圖4-1流程圖4.2.21602液晶程序設(shè)計(jì)液晶先顯示位置，進(jìn)行字符串的表示，例如“zdd”，它在開頭以字母“z”開頭，然后一個(gè)接一個(gè)地結(jié)束，直到字母“d”的末尾才完成顯示[14]。開始開始定位坐標(biāo)定位坐標(biāo)顯示字符顯示字符否顯示完全否顯示完全是是結(jié)束結(jié)束圖4-2液晶顯示流程圖液晶函數(shù)的部分程序void

LcdInit(){LcdWriteCmd(0x38);

//

16*2顯示，5*7點(diǎn)陣，8位數(shù)據(jù)口LcdWriteCmd(0x0C);

//

開顯示，不顯示光標(biāo)LcdWriteCmd(0x06);

//

地址加1，當(dāng)寫入數(shù)據(jù)后光標(biāo)右移LcdWriteCmd(0x01);

//

清屏}4.2.3光照采集模塊電路設(shè)計(jì)外界的光照強(qiáng)度由光敏電阻進(jìn)行采集，然后給出系統(tǒng)信號。系統(tǒng)收到光照模塊給定信號以后，判定光照情況。在大于系統(tǒng)設(shè)定值的情況下打開窗簾。如果光照情況小于系統(tǒng)設(shè)定值，就關(guān)閉窗簾。光線控制模塊程序開始開始程序初始化光照采集光照大于設(shè)定值光照小于設(shè)定值開啟窗簾閉合窗簾結(jié)束圖4-3光線控制模塊程序光線控制模式的部分函數(shù) if(gMode==2) { if(light<gLight) //當(dāng)前光線小于設(shè)置的閾值 { if(Led_P==0) //如果窗簾當(dāng)前是打開的 { Close(); //則光標(biāo)窗簾 } } else //當(dāng)前光線大于或等于設(shè)置的閾值 { if(Led_P==1) //如果窗簾當(dāng)前是關(guān)閉的 { Open(); //則打開窗簾 } } } DelayMs(100); //延時(shí)0.1秒 }}4.2.4電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)此次設(shè)計(jì)中電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)是由單片機(jī)給出信號到驅(qū)動(dòng)芯片上。再帶動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。開始開始電機(jī)正轉(zhuǎn)？傳送正轉(zhuǎn)的脈沖信號傳送反轉(zhuǎn)的脈沖信號傳遞步數(shù)是否完成傳遞步數(shù)是否完成結(jié)束圖4-4電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)流程圖電機(jī)開窗的部分函數(shù)voidOpen(){uinti,j;for(j=0;j<255;j++) //控制步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn){for(i=0;i<4;i++){P2=Clock[i];DelayMs(3);}}Led_P=0;}4.2.5按鍵輸入模塊設(shè)計(jì)通過按鍵輸入信息，系統(tǒng)根據(jù)按鍵的不同，進(jìn)行給定信號進(jìn)行運(yùn)行。開始開始等待按鍵按下有按鍵按下程序初始化按鍵數(shù)據(jù)處理結(jié)束圖4-5按鍵模塊的部分函數(shù)voidKeyScanf3(){if(KeyMode_P==0){gMode++; //切換到下一模式if(gMode==3) //如果到盡頭了gMode=1; //回到第一種模式LcdGotoXY(1,0); //光標(biāo)定位LcdPrintMode(gMode); //顯示模式DelayMs(10); //去除按鍵按下的抖動(dòng)while(!KeyMode_P); //等待按鍵是否DelayMs(10); //去除按鍵松開的抖動(dòng) }}

5硬件組裝與調(diào)試5.1元器件的選擇與測量這次主要使用的器件有：STC89C52微處理器、晶振、電阻、按鍵、電容器、開關(guān)、時(shí)鐘芯片、AD芯片、驅(qū)動(dòng)芯片、步進(jìn)電機(jī)、液晶等。根據(jù)型號的不同，這些部件都可以買到。一般情況下，電阻的大小通過電阻顏色環(huán)讀出；電容和晶振等應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)；5.2元件的焊接與組裝焊接過程注意的注意事項(xiàng)：本實(shí)驗(yàn)的元器件提前測試，以確保所使用部件準(zhǔn)確無誤。器件應(yīng)仔細(xì)區(qū)分正反面，以便后續(xù)的檢查和投入使用。③在我們焊接中，應(yīng)當(dāng)做到連線簡單易懂。在任何情況下，還應(yīng)注意確保電線不重復(fù)，并盡可能不超過電路元件[15]。5.3電路的調(diào)試電路焊好后，觀察電路運(yùn)行的情況，然后對電路參數(shù)進(jìn)行改正，達(dá)到預(yù)期成果。進(jìn)行使用之前，需要制定詳細(xì)的計(jì)劃來保證適當(dāng)?shù)氖褂谩?.3.1調(diào)試方法一種是在焊接的同時(shí)把復(fù)雜的電路區(qū)分模塊進(jìn)行焊接，再調(diào)試功能，最后歸于整個(gè)智能控制系統(tǒng)的的調(diào)試。第二種方法是，我們先把整個(gè)實(shí)物焊接好，再來整體調(diào)試。5.3.2調(diào)試步驟通電前檢查焊接完成后，對照電路圖進(jìn)行檢查，確保電路無誤的情況下，還必須檢查器件引腳是否與電路圖保持一致。通電觀察在檢查無誤的情況下上電。在設(shè)計(jì)通電測試中，如果不能正常運(yùn)行。應(yīng)立即斷開電源，仔細(xì)檢查電路有無問。在故障處理以后，然后再次上電進(jìn)行測試。整機(jī)聯(lián)調(diào)本設(shè)計(jì)的整機(jī)聯(lián)調(diào)主要是觀察和測量智能窗簾的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，觀察與設(shè)計(jì)有無出入情況。找到存在的問題并找到引起差異的原因，在處理問題以后。我們需要再次進(jìn)行電路調(diào)試，直到將整個(gè)電路的運(yùn)行狀態(tài)調(diào)試到設(shè)計(jì)要求。5.4調(diào)試問題調(diào)試中遇到的問題，光敏電阻模塊無法正常運(yùn)行。首先檢查硬件電路，檢查之后發(fā)現(xiàn)是光敏電阻虛焊，重新進(jìn)行焊接，光敏電阻模塊正常運(yùn)行。6結(jié)論本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為整個(gè)系統(tǒng)的控制中心，搭配可實(shí)現(xiàn)不同功能的外圍電路，通過增添光照強(qiáng)度采集模塊、電機(jī)模塊等來達(dá)到實(shí)驗(yàn)所需要求，同時(shí)通過顯示模塊和電機(jī)模塊給予用戶最直觀的反饋。系統(tǒng)整體成本低、功能多樣、操作簡單、安裝便捷，在兼顧舒適性、安全性、高效性、智能性、便捷性、環(huán)保性和美觀性的同時(shí)，創(chuàng)造了前所未有的全新生活環(huán)境，人們對生活的追求已不再是以往的單一模式，而是走向更加數(shù)字化、智能化。在這樣的大背景下，智能窗簾的市場競爭力會越來強(qiáng)。

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